一種智能型全自動快速充電機的設計

　　1 充電機的現狀

　　目前，礦用電機車蓄電池的充電，無論是恒流充電、恒壓充電或是先恒流再恒壓的分段式充電，都有一個共同的問題，就是這種小電流慢充方式，蓄電池初充需70小時以上，進行普通充電也需10小時以上，這種充電方式在充電過程的初期，充電電流遠小于蓄電池可接受的充電電流，因而拉長了充電時間，造成電能的浪費。而在充電過程的后期，充電電流又大于蓄電池可接受的電流，蓄電池內部溫度升高，產生大量析氣，并形成內部硫化結晶，大大縮短了蓄電池的循環(huán)使用壽命，甚至有可能永久性地損壞電池。這不僅造成了浪費，也增加了對環(huán)境的污染。同時，這種傳統充電機采用變壓器變壓整流，可控硅控制的途徑，技術落后，設備笨重，可靠性也差。

　　美國科學家馬斯通過對鉛酸蓄電池的大量試驗研究，提出了一條鉛酸蓄電池可接受的充電電流曲線。在充電過程的初期，蓄電池可接受的充電電流很大。隨著充電過程的延續(xù)，充電電流逐漸按指數規(guī)律減小。讓充電機的充電電流按這樣一條理想電流曲線變化，就可以最大限度的提高充電效率。同時，試驗表明，采用脈沖式的充電方式是消除各種極化現象，提高充電速度，延長蓄電池循環(huán)使用壽命的有效途徑。這種充電方式是在對蓄電池充電的過程中適時暫停充電，并適當加入放電脈沖。當電池充電停止時，電池的歐姆極化消失，濃差極化和電化學極化減弱。若能在電池充電過程中讓其反向放電，則極化現象迅速消失，電池內部溫度也會因放電而得到有效控制。脈沖電流充放電對電池極板有加強其韌性的效果，可以大大提高蓄電池的循環(huán)使用壽命。同時，由于電池極化現象的消失，脈沖電流又可以深層次地激活電池內部的活性物質，從而大幅度提高蓄電池的充電有效容量。

　　當前，帶有自適應控制技術的脈沖式充電機已成為礦用電機車充電機的主要發(fā)展方向。因此，開發(fā)新一代的智能快速充電機不僅可以提高充電效率，降低使用單位的運營成本，同時也具有節(jié)能、環(huán)保等諸方面的社會意義。

　　2 一種智能型全自動快速充電機

　　2.1 電氣原理

　　充電機電氣原理框圖見圖1。電氣原理分為三大部分，即逆變主通道、檢測控制單元和對話單元(顯示操作單元)。

　　逆變主通道將380 V交流電源變換為可對電池進行充電的可控直流電源，由輸入回路、工頻整流濾波電路、移相全橋(ZVT-PWM)變換電路、高頻整流電路濾波電路、輸出回路及放電回路組成。

　　輸入回路即供電回路，在非運行狀態(tài)時，可切斷主通道電源。輸入回路設計有軟啟動功能，避免啟動沖擊對回路元件造成的損傷。

　　工頻整流濾波電路將380 V交流電整流為約550 V的直流電，如圖2所示。

　　移相全橋功率變換電路是主通道的核心，完成從直流到交流再到直流的變換。如圖3所示。通過改變橋臂IGBT控制信號的相位，來改變耦合到高頻變壓器的波形寬度，從而改變輸出給被充電池的電流、電壓值。